白星花金龜資源化利用研究進展

高順平,徐林海,鄭成忠,吳丹丹,付 樂,盧元鵬,徐振朋*

(1.烏蘭察布市農林科學研究所,內蒙古烏蘭察布 012000;2.烏蘭察布市動物疫病預防控制中心,內蒙古烏蘭察布 012000)

白星花金龜(ProtaetiabrevitarsisLewis)又稱白紋銅花金龜、白星花潛,是鞘翅目(Coleoptera)金龜科(Scarabaeidae)花金龜亞科(Cetoniidae)的昆蟲,廣泛分布于我國及周邊國家。成蟲遷飛能力強、采食量大、食性廣泛,可取食植物的葉、花和果實等,是一種重要的農業害蟲;幼蟲為腐食性,主要以腐爛的秸稈、動物糞便等為食,不僅不危害植物,而且在許多領域具有很大的利用價值。研究表明,白星花金龜幼蟲可用于處理農業生產中廢棄的秸稈、菌渣和動物糞便等廢棄物,蟲體可作為寶貴的蛋白質資源和藥材加以利用,蟲沙富含腐殖質可用作有機肥。目前,在世界上許多國家和地區,已經將白星花金龜作為資源昆蟲,用來處理作物秸稈和動物糞便等農業廢棄物;白星花金龜幼蟲已被證實具有抗癌、抗菌、抗炎等藥用價值;在韓國將白星花金龜幼蟲作為潛在的動物蛋白替代品開展了大量研究。該研究綜述近年來國內外有關白星花金龜資源化利用的有關研究,以期為其進一步研究和開發利用提供參考。

1 白星花金龜的生物學特征

白星花金龜屬于完全變態昆蟲,其發育過程經歷卵、幼蟲、蛹、成蟲4個時期。自然條件下一般一年發生一代,以老熟幼蟲越冬,卵期7～10 d,幼蟲期290～330 d,蛹期約30 d,成蟲壽命40～60 d。卵呈圓形或橢圓形,乳白色,長約1.7～2.0 mm。幼蟲晝伏夜出,具有假死性和負趨光性,白天潛伏在腐爛的秸稈、堆肥和土壤中,夜晚到地表活動,腹面朝上以背部蠕動爬行。幼蟲在土壤中的活動與土溫密切相關,當土溫低于5 ℃或高于25 ℃時向土壤深處移動,土溫適宜時移向土壤上層。幼蟲發育經歷3個齡期,在19～34 ℃溫度范圍內,隨著溫度的升高,幼蟲齡期逐漸縮短[1],在28 ℃環境下,1齡期14 d,2齡期33 d,3齡期128 d[2]。老熟幼蟲體長24～39 mm,乳白色、圓筒形,體型彎曲呈“C”型,體表生有細毛,背部多皺,胸部有3對足,頭部呈褐色,咀嚼式口器。蛹為裸蛹,卵圓形,長20～23 mm,初期為白色,后逐漸變為黃白色。成蟲體長16～24 mm,寬9～13 mm,橢圓形,體壁堅硬,散發古銅色或青銅色光澤,體表散布許多不規則白斑。成蟲于每年5月初開始出現,6—7月達到羽化盛期,8—9月逐漸死亡[3]。在人工養殖時通過設置適當條件,其全世代發育歷期可縮短到89.06 d,可實現周年繁育[1]。成蟲晝出夜伏,飛行能力強,食性廣泛,采食量大,具有趨糖性和趨腐性,喜食成熟果實等含糖量較大的食物。成蟲對信息素也有很強的趨性,研究表明,4-甲基苯甲醚對雄蟲和雌蟲均有特異性誘集作用[4]。試驗證明成蟲更偏愛紅色,紅色的誘捕器效果最佳,且最有效的誘捕器高度為地面以上1.0～1.5 m[5]。成蟲的交配行為具有明顯的晝夜節律性,多發生在09:00—16:00,交配高峰期發生在11:00—14:00,補充營養對成蟲的交配行為無顯著影響[6]。成蟲一生可多次交配多次產卵[7],喜產卵于未腐熟的畜禽糞便、作物秸稈等有機廢棄物中,營養、溫度和濕度是影響產卵量的主要因素,在人為設置適宜條件下單雌產卵量最高可達144粒,平均3.6粒/d,性別比例對單雌產卵量無顯著影響[2,8]。

2 資源化利用研究

2.1 生態利用價值白星花金龜幼蟲為腐食性蠐螬,主要以農作物秸稈、動物糞便等腐爛的有機物為食。利用白星花金龜幼蟲處理農牧業生產中的廢棄物具有很高的應用潛力。近年來,隨著我國農牧業的快速發展,所產生的農作物秸稈、畜禽糞便等廢棄物的污染問題日益嚴重,如何實現農牧業廢棄物的無害化處理和資源化利用,成為制約農牧業可持續發展的關鍵問題。在自然界中,腐食性蠐螬能將富含木質纖維素的有機物轉化為高腐殖酸含量的植物肥料,在陸地碳循環過程中發揮著重要作用[9]。研究表明,白星花金龜幼蟲能夠高效轉化木耳、香菇種植用過的基質,轉化后物料的氮磷鉀等營養元素和腐殖酸含量升高,植物毒性顯著降低[10]。用白星花金龜幼蟲生物轉化雞糞后,其抗生素抗性基因多樣性明顯降低,約80%的病原體基因豐度顯著降低[11]。此外,白星花金龜幼蟲還被證實可用于處理玉米秸稈[12-13]、蘋果園廢棄物[14]、牛糞[15]等多種農牧業生產中的廢棄物,具有極高的生態利用價值。

2.2 飼用價值食用昆蟲是一種公認的極具開發潛力的蛋白質和其他營養素來源[16]。干燥的白星花金龜幼蟲蟲粉中蛋白質含量高達50.5%,與一般的牛肉、豬肉、雞肉等的蛋白質含量類似,脂肪含量為13.5%,含有很大比例的多不飽和脂肪酸,鐵、鋅等礦物質含量較高[17]。與牛里脊肉相比,白星花金龜幼蟲蟲粉的低分子量蛋白質和蛋白質消化率更高[18]。在體內外研究試驗條件下,白星花金龜幼蟲凍干蟲粉均未顯示出明顯的毒性和誘導突變的特性[19]。隨著我國畜牧業的不斷發展,對蛋白質飼料的需求不斷增長,白星花金龜幼蟲作為一種安全可靠、成本低廉的蛋白質來源具有很大的開發利用價值。

2.3 藥用價值蠐螬是我國傳統中醫常用的一種中藥材,《本草綱目》中記載蠐螬“主治小兒臍瘡、小兒唇緊、丹毒、癰疽痔漏、目中翳障”等癥。近年來的研究發現,白星花金龜幼蟲在抗癌、抗炎、抗菌等方面也有很高的利用價值。從白星花金龜幼蟲中提取的生物活性物質對多種癌細胞具有高度的細胞毒性,在體外試驗中具有誘導癌細胞凋亡的活性[20]。研究表明,提取的白星花金龜幼蟲蛋白能夠顯著抑制炎癥因子的釋放,并在一定范圍內降低促炎細胞因子的含量[21]。幼蟲蛋白水解產物中提取的生物活性肽具有血管緊張素轉換酶抑制活性,可用于預防和控制高血壓[22]。幼蟲的甲醇提取物具有抗氧化活性[23]。幼蟲提取物對癲癇等神經退行性疾病具有治療作用[24]。此外,基于白星花金龜幼蟲基因組設計合成的抗菌肽對革蘭氏陰性和陽性菌[25]、多重耐藥的革蘭氏陰性菌[26]具有很強的抗菌活性。

2.4 蟲糞利用價值白星花金龜幼蟲的蟲糞顆粒均勻、無異味,富含腐殖酸和氮磷鉀等營養元素,能夠提高土壤有機質含量,對植物生長發育有很好的促進作用,是極具利用價值的有機肥料。研究表明,用白星花金龜幼蟲生物轉化玉米秸稈和木屑后產生的蟲糞中腐殖酸含量分別達24.73%和14.46%,且不表現任何植物毒性[27]。蟲糞中潛在的微生物群落能改善土壤環境,有助于土壤有益微生物的增加,進而提高植物抗病性、促進植物生長[28]。在辣椒育苗基質中添加2%～5%的蟲糞,能夠增強辣椒苗期的耐寒能力促進幼苗發育[29]。施用蟲糞有機肥能夠顯著提高櫻桃蘿卜和番茄的產量[30-31],在提高土壤肥力和改善土壤微生物群落等方面都具有一定作用。

2.5 其他利用價值研究表明,白星花金龜幼蟲腸道中含有大量的能夠降解木質纖維素的微生物,對這些微生物進行分離鑒定并加以研究,對于制備纖維素降解菌和酶制劑具有很高的理論和現實意義[32]。目前,白星花金龜成蟲的利用價值主要體現在甲殼素提取方面。甲殼素又稱甲殼質、幾丁質,在紡織、造紙、制藥等行業具有非常廣泛的應用價值。目前提取甲殼素的主要原料為蝦蟹等水產品,不僅成本高而且提取的甲殼素中重金屬和灰分含量高,品質較低。以白星花金龜成蟲為原料提取甲殼素,具有成本低、品質好等優點。研究表明,以特定工藝從白星花金龜成蟲中提取甲殼素,得率為28.3%,殘余灰分含量1.25%,達到了工業級的甲殼素標準,如果能進行產業化應用,預計能產生較大的經濟效益[33]。

3 展望

白星花金龜作為我國常見的農業害蟲,近年來的研究主要集中在發生規律、成蟲防治等方面,其巨大的應用潛力未能得到充分地開發利用。為了更好地利用這種資源昆蟲,研究者可在以下幾個方面開展深入研究:①白星花金龜的生物學特性研究方面,需要對其人工繁育技術開展進一步研究,明確蟲體發育各階段的最適條件,為下一步的開發利用奠定基礎;②幼蟲轉化廢棄物研究方面,需要對轉化不同農業廢棄物的最優條件做深入研究;③蟲體利用方面,蟲體的精深加工、幼蟲的藥用價值及其有效成分提取等具有很高的研究價值;④蟲糞利用方面,通過添加一定比例的蟲糞開發優質的育苗基質預計能產生很高的經濟價值。此外,利用白星花金龜幼蟲腐食性特點建立生態循環農牧業發展模式,為轉變傳統農牧業發展方式,提高農牧業可持續發展能力提供了新思路,值得進一步研究和開發。隨著各項有關研究的不斷深入和產業化應用的不斷推進,一定能使白星花金龜變害為寶,為農業廢棄物的資源化利用、農牧業綠色可持續發展提供助力。